Sn-3Ag-(0~0.9)Cu銲料迴銲於銅基板後之電化學遷移行為

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蘇茂華(Mau-Hwa Su) 查詢紙本館藏

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機械工程學系

論文名稱

Sn-3Ag-(0~0.9)Cu銲料迴銲於銅基板後之電化學遷移行為

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摘要(中)

摘要
本研究探討錫-3 銀-X 銅(X=0.0~0.9)銲料迴銲於銅墊上之電化學
遷移行為，將其完全浸泡於不同溶液中，兩銲球間施以2V~3V 直流
偏壓，結果顯示：在去離子水中與硫酸氨溶液中，增加銲料中銅含量
與提高施加偏壓，皆會造成銲料抗電化學遷移能力下降；在松香型助
銲劑、酒精及異丙醇中不發生電化學遷移現象。
在去離子水中的陽極動態極化研究結果顯示：本系統銲料之開路
電位隨著銅含量增加而升高，在1.5VSCE 以上，其陽極電流隨銲料中
的銅含量增加而提高。X 光光電子譜儀分析顯示：迴銲後銲錫表面有
一層SnO2 覆蓋，若銲料中銅含量越高，兩極間析出物中銅的比例隨
之提高；此析出物中銅與銀的含量比例隨遷移時間增長而減少。
錫-3 銀-X 銅(X=0.0~0.9)銲錫在(NH4)2SO4溶液中之電化學遷移比
在去離子水中更嚴重。循環極化分析的第一圈掃描未見Sn-3Ag-0.9Cu
銲錫的鈍化現象，然而在第二圈以上發現銲錫的鈍化現象，且越低的
掃描速率，銲料的鈍化情況越明顯。

摘要(英)

Abstract
Electrochemical migration behaviors of the Sn-3Ag-XCu(X=0.0~0.9)
solders reflowed on Cu pads have been studied. The electrochemical
migration resistance of the Sn-3Ag-XCu(X=0.0~0.9) solders at a bias of
2V~3V in DI water or (NH4)2SO4 decreased with increasing Cu content
from 0.0 to 0.9 wt% and electrical bias from 2 to 3 V.
Sn-3Ag-XCu(X=0.0~0.9) solders displayed no electrochemical migration
in rosin mildly activated flux, ethanol or isopropyl alcohol solutions.
The anodic potentiodynamic polarization in DI water showed that OCP
of Sn-3Ag-XCu(X=0.0~0.9) increased with increasing Cu content. The
anodic current of solders increased with increasing Cu content at the
same potential above 1.5VSCE.
XPS spectra showed that SnO2 oxide covered on the solder balls after
reflow. The copper content in the precipitate increased with Cu content in
the Sn-3Ag-XCu(X=0.0~0.9) solders. The ratio of Ag and Cu content in
precipitate decreased with migration time.
The electrochemical migration of Sn-3Ag-XCu(X=0.0~0.9) is faster in
0.01M (NH4)2SO4 than in DI water. Passivation was absent on the first
cycle of the cyclic voltammorgrace, however, it was present on the cycle
higher than the second. The lower scanning rate, the more pronounced is
the passivation.

關鍵字(中)

★ 錫銀銅銲料
★ 循環
★ 無鉛銲料
★ 陽極動態極化
★ 電化學遷移

關鍵字(英)

★ electrochemical migration
★ lead-free solders
★ SnAgCu solder

論文目次

目錄
摘要(中文) I
摘要(英文) II
誌謝 III
目錄 IV
表目錄 IX
圖目錄 X
第一章前言 1
1.1 電子產品的電化學遷移 1
1.2 銲錫的電化學遷移 2
1.3 錫-銀-銅三元銲錫的發展潛力 2
1.4 研究動機與目的 3
第二章文獻回顧與理論 5
2.1 金屬的遷移 5
2.2 發生金屬電化學遷移的充分必要條件 6
2.2.1 金屬電化學遷移所需條件 6
2.2.2 離子擴散與遷移的差異 7
2.3 金屬電化學遷移現象 8
2.4 銀的電化學遷移 9
V
2.5 銅的電化學遷移 10
2.5.1 銅在純水中之遷移 10
2.5.2 銅在含離子環境中之遷移 12
2.6 錫的電化學遷移 13
2.7 合金的電化學溶解 15
2.7.1 合金的陽極遷移溶解 15
2.7.2 金屬離子在水中溶解比較 16
2.7.3 金屬離子自溶液中遷移至陰極析出之比較 16
第三章實驗步驟 17
3.1 本研究之流程圖 17
3.1.1 水溶液中的電化學遷移研究 17
3.1.2 動態極化分析掃描 18
3.1.3 循環極化分析掃描 18
3.1.4 陽極銲球之絕對反應電位量測 18
3.2 BGA 試片製備 18
3.3 無鉛銲料製備 19
3.4 銲錫與BGA 迴銲之程序 20
3.5 電化學實驗裝置 20
3.5.1 電化學槽之裝置 21
VI
3.5.2 電化學遷移的環境系統 21
3.6 試片之觀察與分析 23
3.6.1 遷移電流、動態極化及循環極化量測 23
3.6.2 OM 及SEM 觀察 23
3.6.3 X-ray 繞射結晶分析 24
3.6.4 XPS 表面氧化物成分分析 24
第四章實驗結果 25
4.1 Sn-3Ag-XCu(X=0.0~0.9)迴銲後之金相觀察結構分析與
表面分析 25
4.1.1 Sn-3Ag-XCu(X=0.0~0.9)迴銲後之金相結果 25
4.1.2 Sn-3Ag-XCu(X=0.0~0.9)迴銲後之XRD 分析 26
4.1.3 Sn-3Ag-XCu(X=0.0~0.9)迴銲後表面之XPS 分析 26
4.2 去離子水中的電化學遷移 27
4.2.1 在不同偏壓下Sn-3Ag-XCu(X=0.0~0.9)遷移電流
與時間之關係 27
4.2.2 兩迴銲電極間析出物觀察 28
4.3 0.01M(NH4)2SO4 溶液中的電化學遷移 28
4.3.1 在3V 偏壓下Sn-3Ag-XCu(X=0.0~0.9)迴銲後的遷
移電流與時間之關係 28
VII
4.3.2 兩迴銲電極間析出物觀察 28
4.4 助銲劑(RMA)中的氧化反應 28
4.4.1 在3V 偏壓下Sn-3Ag-XCu(X=0.0~0.9)迴銲後的反
應電流與時間之關係 28
4.4.2 陽極表面生成物觀察 29
4.5 在酒精與異丙醇液體中的電化學遷移 29
4.6 去離水中之電化學分析 29
4.6.1Sn-3Ag-XCu(X=0.0~0.9)銲料在去離子水中之動
態極化分析 29
4.6.2 相對電位量測 30
4.6.3 兩極間析出物之XPS 分析 31
4.7 0.01M (NH4)2SO4 溶液中之電化學分析 32
4.7.1 Sn-3Ag-XCu(X=0.0~0.9)銲料在0.01M (NH4)2SO4
溶液中之動態極化分析 32
4.7.2 循環極化掃描 32
4.7.3 循環極化後之XPS 分析 34
第五章討論 36
5.1 迴銲後銲球中之金相結構 36
5.2 不同偏壓下的電化學遷移行為 37
VIII
5.3 不同溶液下的電化學遷移行為 37
5.4 Sn-3Ag-XCu(X-0.0~0.9)銲錫的電化學遷移比較 39
5.5 析出物之縱深分析 39
5.6 去離子水中的電化學遷移模式 39
5.7 0.01M (NH4)2SO4 溶液中的電化學遷移行為 42
第六章結論 46
參考文獻 47

參考文獻

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指導教授

林景崎(J. C. Lin)

審核日期

2004-7-18

推文